DEFINICIJA
Hemijska reakcija nazivaju se transformacije tvari u kojima dolazi do promjene njihovog sastava i (ili) strukture.
Najčešće se pod kemijskim reakcijama podrazumijeva proces pretvaranja polaznih tvari (reagensa) u finalne tvari (proizvode).
Hemijske reakcije se pišu pomoću hemijskih jednadžbi koje sadrže formule polaznih supstanci i produkta reakcije. Prema zakonu održanja mase, broj atoma svakog elementa na lijevoj i desnoj strani hemijska jednačina isto. Obično su formule početnih supstanci napisane na lijevoj strani jednadžbe, a formule proizvoda na desnoj. Jednakost broja atoma svakog elementa na lijevoj i desnoj strani jednadžbe postiže se postavljanjem cjelobrojnih stehiometrijskih koeficijenata ispred formula supstanci.
Hemijske jednačine mogu sadržavati dodatne informacije o karakteristikama reakcije: temperatura, pritisak, zračenje, itd., što je označeno odgovarajućim simbolom iznad (ili „ispod“) znaka jednakosti.
Sve hemijske reakcije mogu se grupisati u nekoliko klasa, koje imaju određene karakteristike.
Klasifikacija hemijskih reakcija prema broju i sastavu polaznih i rezultirajućih supstanci
Prema ovoj klasifikaciji, hemijske reakcije se dele na reakcije povezivanja, razlaganja, supstitucije i razmene.
Kao rezultat složene reakcije od dvije ili više (složenih ili jednostavnih) supstanci nastaje jedna nova supstanca. Općenito, jednadžba za takvu hemijsku reakciju će izgledati ovako:
Na primjer:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
2Mg + O 2 = 2MgO.
2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3
Reakcije spoja su u većini slučajeva egzotermne, tj. nastaviti sa oslobađanjem toplote. Ako reakcija uključuje jednostavne supstance, onda su takve reakcije najčešće redoks reakcije (ORR), tj. nastaju s promjenama u oksidacijskim stanjima elemenata. Nemoguće je jednoznačno reći hoće li se reakcija spoja između složenih supstanci klasificirati kao ORR.
Reakcije koje rezultiraju stvaranjem nekoliko drugih novih supstanci (složenih ili jednostavnih) iz jedne složene supstance klasifikuju se kao reakcije raspadanja. Općenito, jednadžba za hemijsku reakciju raspadanja će izgledati ovako:
Na primjer:
CaCO 3 CaO + CO 2 (1)
2H 2 O = 2H 2 + O 2 (2)
CuSO 4 × 5H 2 O = CuSO 4 + 5H 2 O (3)
Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O (4)
H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O (5)
2SO 3 =2SO 2 + O 2 (6)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 +4H 2 O (7)
Većina reakcija raspadanja nastaje kada se zagrije (1,4,5). Moguće raspadanje pod uticajem električne struje (2). Razgradnja kristalnih hidrata, kiselina, baza i soli kiseline koje sadrže kiseonik(1, 3, 4, 5, 7) nastaje bez promjene oksidacijskih stanja elemenata, tj. ove reakcije nisu povezane sa ODD. ORR reakcije raspadanja uključuju razgradnju oksida, kiselina i soli koje formiraju elementi u višim stepenima oksidacija (6).
Reakcije razgradnje nalaze se i u organskoj hemiji, ali pod drugim nazivima - kreking (8), dehidrogenacija (9):
C 18 H 38 = C 9 H 18 + C 9 H 20 (8)
C 4 H 10 = C 4 H 6 + 2H 2 (9)
At supstitucijske reakcije jednostavna supstanca stupa u interakciju sa složenom supstancom, formirajući novu jednostavnu i novu složenu supstancu. Općenito, jednadžba za reakciju kemijske supstitucije će izgledati ovako:
Na primjer:
2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3 (1)
Zn + 2HCl = ZnSl 2 + H 2 (2)
2KBr + Cl 2 = 2KCl + Br 2 (3)
2KlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Sl 2 (4)
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2 (5)
Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 = 3SaSiO 3 + P 2 O 5 (6)
CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + HCl (7)
Većina reakcija supstitucije je redoks (1 – 4, 7). Malo je primjera reakcija raspadanja u kojima ne dolazi do promjene oksidacijskih stanja (5, 6).
Reakcije razmjene su reakcije koje se odvijaju između složenih supstanci u kojima one razmjenjuju svoje sastavne dijelove. Obično se ovaj izraz koristi za reakcije koje uključuju ione koji se nalaze u vodeni rastvor. Općenito, jednadžba za reakciju kemijske izmjene će izgledati ovako:
AB + CD = AD + CB
Na primjer:
CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O (1)
NaOH + HCl = NaCl + H 2 O (2)
NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2 (3)
AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)
CrCl 3 + ZNaON = Cr(OH) 3 ↓+ ZNaCl (5)
Reakcije razmjene nisu redoks. Poseban slučaj ove reakcije izmjene su reakcije neutralizacije (reakcije između kiselina i lužina) (2). Reakcije razmjene se odvijaju u smjeru gdje se barem jedna od tvari uklanja iz reakcione sfere u obliku plinovite tvari (3), taloga (4, 5) ili slabo disocirajućeg spoja, najčešće vode (1, 2). ).
Klasifikacija hemijskih reakcija prema promenama oksidacionih stanja
U zavisnosti od promene oksidacionih stanja elemenata koji čine reagense i produkte reakcije, sve hemijske reakcije se dele na redoks reakcije (1, 2) i one koje se odvijaju bez promene oksidacionog stanja (3, 4).
2Mg + CO 2 = 2MgO + C (1)
Mg 0 – 2e = Mg 2+ (reduktor)
C 4+ + 4e = C 0 (oksidant)
FeS 2 + 8HNO 3 (konc) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)
Fe 2+ -e = Fe 3+ (redukcioni agens)
N 5+ +3e = N 2+ (oksidant)
AgNO 3 +HCl = AgCl ↓ + HNO 3 (3)
Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)
Klasifikacija hemijskih reakcija prema termičkom efektu
U zavisnosti od toga da li se tokom reakcije oslobađa ili apsorbuje toplota (energija), sve hemijske reakcije se konvencionalno dele na egzotermne (1, 2) i endotermne (3), respektivno. Količina toplote (energije) koja se oslobađa ili apsorbuje tokom reakcije naziva se toplotnim efektom reakcije. Ako jednadžba pokazuje količinu topline koja se oslobađa ili apsorbira, tada se takve jednadžbe nazivaju termohemijske.
N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46,2 kJ (1)
2Mg + O 2 = 2MgO + 602,5 kJ (2)
N 2 + O 2 = 2NO – 90,4 kJ (3)
Klasifikacija hemijskih reakcija prema smjeru reakcije
Na osnovu smjera reakcije razlikuju se reverzibilni (hemijski procesi čiji su proizvodi sposobni međusobno reagirati pod istim uvjetima u kojima su dobiveni da tvore polazne tvari) i ireverzibilni (hemijski procesi čiji proizvodi nisu sposobne da reaguju jedna na drugu i formiraju početne supstance).
Za reverzibilne reakcije, jednadžba se u opštem obliku obično piše na sljedeći način:
A + B ↔ AB
Na primjer:
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↔ H 3 COOC 2 H 5 + H 2 O
Primjeri ireverzibilnih reakcija uključuju sljedeće reakcije:
2KlO 3 → 2Kl + ZO 2
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O
Dokaz nepovratnosti reakcije može biti oslobađanje plinovite tvari, taloga ili slabo disocirajućeg spoja, najčešće vode, kao produkta reakcije.
Klasifikacija hemijskih reakcija prema prisustvu katalizatora
Sa ove tačke gledišta, razlikuju se katalitičke i nekatalitičke reakcije.
Katalizator je tvar koja ubrzava tok kemijske reakcije. Reakcije koje se javljaju uz učešće katalizatora nazivaju se katalitičkim. Neke reakcije se uopće ne mogu odvijati bez prisustva katalizatora:
2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (MnO 2 katalizator)
Često jedan od produkta reakcije služi kao katalizator koji ubrzava ovu reakciju (autokatalitičke reakcije):
MeO+ 2HF = MeF 2 + H 2 O, gdje je Me metal.
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1
Da biste koristili preglede prezentacija, kreirajte Google račun i prijavite se na njega: https://accounts.google.com
Naslovi slajdova:
Klasifikacija hemijske reakcije
Hemijske reakcije su kemijski procesi uslijed kojih iz nekih supstanci nastaju druge koje se od njih razlikuju po sastavu i (ili) strukturi. Tijekom kemijskih reakcija nužno dolazi do promjene tvari u kojoj se stare veze kidaju i stvaraju nove veze između atoma. Znaci hemijskih reakcija: Oslobađa se gas Nastaje talog 3) Dolazi do promene boje supstanci Toplota i svetlost se oslobađaju ili apsorbuju
Hemijske reakcije u neorganskoj hemiji
Hemijske reakcije u neorganskoj hemiji
Hemijske reakcije u neorganskoj hemiji 1. Promjenom oksidacijskih stanja hemijski elementi: Redox reakcije: Redox reakcije su reakcije koje se javljaju s promjenom oksidacijskih stanja elemenata. Intermolekularna je reakcija koja se javlja s promjenom oksidacijskog stanja atoma u različitim molekulima. -2 +4 0 2H 2 S + H 2 SO 3 → 3S + 3H 2 O +2 -1 +2,5 -2 2Na 2 S 2 O 3 + H 2 O 2 → Na 2 S 4 O 6 + 2NaOH
Hemijske reakcije u neorganskoj hemiji 1. Promjenom oksidacijskih stanja hemijskih elemenata koji formiraju supstance: Redoks reakcije: 2. Intramolekularne - ovo je reakcija koja se javlja promjenom oksidacijskog stanja različitih atoma u jednom molekulu. -3 +5 t 0 +3 (NH4) 2 Cr 2 O 7 → N 2 + Cr 2 O 3 +4H 2 O Disproporcionalnost je reakcija koja se javlja uz istovremeno povećanje i smanjenje oksidacionog stanja atoma istog elementa . +1 +5 -1 3NaClO → NaClO 3 + 2NaCl
2.1. Reakcije koje se dešavaju bez promene sastava supstanci U neorganskoj hemiji takve reakcije obuhvataju procese dobijanja alotropskih modifikacija jednog hemijskog elementa, na primer: C (grafit) C (dijamant) 3O 2 (kiseonik) 2O 3 (ozon) Sn ( bijeli kalaj) Sn (sivi kalaj) S (rombični) S (plastični) P (crveni) P (bijeli) Hemijske reakcije u neorganskoj hemiji 2. Prema broju i sastavu reagujućih supstanci:
Hemijske reakcije u neorganskoj hemiji 2. Po broju i sastavu reaktanata: 2.2. Reakcije koje se javljaju s promjenom sastava tvari. Složene reakcije su reakcije u kojima se iz dvije ili više tvari formira jedna složena tvar. U anorganskoj hemiji čitav niz reakcija jedinjenja može se razmotriti na primeru reakcije za proizvodnju sumporne kiseline iz sumpora: a) dobijanje sumpornog oksida (IV): S + O 2 SO 2 - jedna složena supstanca nastaje od dve jednostavne supstance, b) dobijanje sumpor-oksida (VI ): 2 SO 2 + O 2 2SO 3 - od proste i složene supstance nastaje jedna složena supstanca, c) proizvodnja sumporne kiseline: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 - jedna složena supstanca nastaje od dve složene supstance.
Hemijske reakcije u neorganskoj hemiji 2. Prema broju i sastavu reagujućih supstanci: 2. Reakcije razgradnje su one reakcije u kojima iz jedne složene supstance nastaje više novih supstanci. U anorganskoj hemiji čitav niz ovakvih reakcija može se posmatrati u bloku reakcija za proizvodnju kiseonika laboratorijskim metodama: a) razlaganje živinog(II) oksida: 2HgO t 2Hg + O 2 - iz jedne složene supstance dve jednostavne one se formiraju. b) razlaganje kalijum nitrata: 2KNO 3 t 2KNO 2 + O 2 - iz jedne složene supstance nastaju jedna prosta i jedna složena. c) razlaganje kalijum permanganata: 2 KMnO 4 → t K 2 MnO 4 + MnO 2 +O 2 - iz jedne složene supstance nastaju dvije složene i jedna prosta.
Hemijske reakcije u neorganskoj hemiji 2. Prema broju i sastavu supstanci koje reaguju: 3. Reakcije supstitucije su one reakcije usled kojih atomi jednostavne supstance zamenjuju atome nekog elementa u složenoj supstanci. U neorganskoj hemiji primjer takvih procesa može biti blok reakcija koje karakteriziraju svojstva metala: a) interakcija alkalnih ili zemnoalkalni metali sa vodom: 2 Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 b) interakcija metala sa kiselinama u rastvoru: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 c ) interakcija metala sa solima u rastvoru: Fe + Cu SO 4 = FeSO 4 + Cu d) metalotermija: 2Al + Cr 2 O 3 t Al 2 O 3 + 2Cr
4. Reakcije razmjene su reakcije u kojima dvije složene supstance Izmjenjuju svoje sastavne dijelove.Ove reakcije karakteriziraju svojstva elektrolita iu otopinama se odvijaju po Bertholletovom pravilu, odnosno samo ako je rezultat stvaranje taloga, plina ili slabo disocijirajuće tvari (npr. H 2 O). U anorganskom, to može biti blok reakcija koje karakterišu svojstva alkalija: a) reakcija neutralizacije, koja se javlja stvaranjem soli i vode: NaOH + HNO 3 = NaNO 3 + H 2 O ili u ionskom obliku: OH - + H + = H 2 O b ) reakcija između alkalije i soli koja se javlja stvaranjem gasa: 2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 = CaCl 2 + 2NH 3 + 2 H 2 O c) reakcija između alkalije i soli , koji nastaje stvaranjem taloga: Cu SO 4 + 2KOH = Cu(OH) 2 + K 2 SO 4 Hemijske reakcije u neorganskoj hemiji 2. Prema broju i sastavu reaktanata:
Hemijske reakcije u neorganskoj hemiji 3. Prema termičkom efektu: 3.1. Egzotermne reakcije: Egzotermne reakcije su reakcije koje se javljaju uz oslobađanje energije tokom spoljašnje okruženje. To uključuje gotovo sve složene reakcije. Egzotermne reakcije koje nastaju oslobađanjem svjetlosti klasificiraju se kao reakcije sagorijevanja, na primjer: 4P + 5O 2 = 2P 2 O 5 + Q 3.2. Endotermne reakcije: Endotermne reakcije su reakcije koje se javljaju pri apsorpciji energije u vanjsko okruženje. To uključuje gotovo sve reakcije razgradnje, na primjer: Kalcinacija krečnjaka: CaCO 3 t CaO + CO 2 - Q
Hemijske reakcije u neorganskoj hemiji 4. Reverzibilnost procesa: 4.1. Nepovratne reakcije: Ireverzibilne reakcije se javljaju pod ovim uslovima samo u jednom pravcu. Takve reakcije uključuju sve reakcije izmjene praćene stvaranjem taloga, plina ili tvari niske disocijacije (vode) i sve reakcije sagorijevanja: S + O 2 SO 2; 4 P + 5O 2 2P 2 O 5 ; Cu SO 4 + 2KOH Cu(OH) 2 + K 2 SO 4 4.2. Reverzibilne reakcije: Reverzibilne reakcije pod datim uslovima odvijaju se istovremeno u dva suprotna smjera. Ogromna većina takvih reakcija jeste. Na primjer: 2 SO 2 + O 2 2SO 3 N 2 +3H 2 2NH 3
Katalizatori su tvari koje učestvuju u kemijskoj reakciji i mijenjaju njenu brzinu ili smjer, ali na kraju reakcije ostaju nepromijenjene kvalitativno i kvantitativno. 5.1. Nekatalitičke reakcije: Nekatalitičke reakcije su reakcije koje se odvijaju bez učešća katalizatora: 2HgO t 2Hg + O 2 2Al + 6HCl t 2AlCl 3 + 3H 2 5.2: Katalitička reakcija koja se javlja 5.2. uz učešće katalizatora: t ,MnO 2 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2 P,t CO + NaOH H-CO-ONa Hemijske reakcije u neorganskoj hemiji 5. Učešće katalizatora
Hemijske reakcije u neorganskoj hemiji 6. Prisustvo faznog interfejsa 6.1. Heterogene reakcije: Heterogene reakcije su reakcije u kojima su reaktanti i produkti reakcije u različitim agregacijskim stanjima (u različitim fazama): FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO 2 (g) + Q 2 Al (s) + 3S u S l 2 (rastvor) = 3S u(s) + 2AlCl 3 (rastvor) CaC 2 (s) + 2H 2 O (l) = C 2 H 2 + Ca( OH) 2 (rastvor ) 6.2. Homogene reakcije: Homogene reakcije su reakcije u kojima su reaktanti i produkti reakcije u istom stanje agregacije(u jednoj fazi): 2C 2 H 6 (g) + 7O 2 (g) 4CO 2 (g) + 6H 2 O (g) 2 SO 2 (g) + O 2 (g) = 2SO 3 (g) +Q H 2 (g) + F 2 (g) = 2HF (g)
U neorganskoj hemiji, hemijske reakcije se klasifikuju prema različitim kriterijumima.
1. Promjenom oksidacijskog stanja u redoks, koji nastaje promjenom oksidacijskog stanja elemenata, i kiselinsko-bazni, koji se odvija bez promjene oksidacijskog stanja.
2. Po prirodi procesa.
Reakcije razgradnje su hemijske reakcije u kojima se jednostavni molekuli formiraju od složenijih.
Složene reakcije su hemijske reakcije u kojima se složena jedinjenja dobijaju iz nekoliko jednostavnijih.
Reakcije supstitucije su kemijske reakcije u kojima se atom ili grupa atoma u molekuli zamjenjuje drugim atomom ili grupom atoma.
Reakcije razmjene su hemijske reakcije koje se odvijaju bez promjene oksidacijskog stanja elemenata i dovode do izmjene komponente reagensi.
3. Ako je moguće, tok u suprotnom smjeru u reverzibilan i nepovratan.
Neke reakcije, kao što je reakcija sagorevanja etanola, su praktično nepovratne, tj. nemoguće je stvoriti uslove da to nastavi obrnuti smjer.
Međutim, postoje mnoge reakcije koje se, ovisno o uvjetima procesa, mogu javiti i u naprijed i u obrnutom smjeru. Reakcije koje se mogu javiti iu naprijed iu obrnutom smjeru nazivaju se reverzibilan.
4. Po vrsti cijepanja veze - homolitički(jednak razmak, svaki atom dobija jedan elektron) i heterolitički(nejednak jaz - dobija se par elektrona).
5. Egzotermno u termičkom efektu(oslobađanje topline) i endotermni(apsorpcija toplote).
Reakcije spajanja će općenito biti egzotermne, dok će reakcije razlaganja biti endotermne. Rijedak izuzetak je endotermna reakcija dušika sa kisikom N 2 + O 2 = 2NO – Q.
6. Prema stanju agregacije faza.
Homogene(reakcija se odvija u jednoj fazi, bez interfejsa; reakcije u gasovima ili rastvorima).
Heterogena(reakcije se odvijaju na interfejsu).
7. O upotrebi katalizatora.
Katalizator je tvar koja ubrzava kemijsku reakciju, ali ostaje kemijski nepromijenjena.
Katalitički bez upotrebe katalizatora praktički ne idu i nekatalitički.
Klasifikacija organskih reakcija
|
Vrsta reakcije |
Radikalan |
Nukleofilna (N) |
elektrofilni (E) |
|
Zamjena (S) |
Radikalan zamjena (S R) |
Nukleofilna supstitucija (S N) |
Elektrofilna supstitucija (S E) |
|
priključak (A) |
Radikalan veza (AR) |
Nukleofilna adicija (AN) |
Elektrofilna veza (A E) |
|
Eliminacija (E) (eliminacija) |
Radikalan odred (ER) |
Nukleofilna eliminacija (EN) |
Elektrofilna eliminacija (E E) |
Elektrofilne reakcije su heterolitičke reakcije organskih spojeva s elektrofilima - česticama koje nose cijeli ili djelomični pozitivni naboj. Dijele se na reakcije elektrofilne supstitucije i elektrofilne adicije. Na primjer,
H 2 C = CH 2 + Br 2 BrCH 2 – CH 2 Br
Nukleofilne reakcije su heterolitičke reakcije organskih spojeva s nukleofilima - česticama koje nose cijeli ili djelomični negativni naboj. Dijele se na reakcije nukleofilne supstitucije i nukleofilne adicije. Na primjer,
CH 3 Br + NaOH CH 3 OH + NaBr
Radikalne (lančane) hemijske reakcije koje uključuju radikale nazivaju se npr
Hemijske reakcije se moraju razlikovati od nuklearnih reakcija. Kao rezultat kemijskih reakcija, ukupan broj atoma svakog kemijskog elementa i njegov izotopski sastav se ne mijenjaju. Nuklearne reakcije su druga stvar - procesi transformacije atomska jezgra kao rezultat njihove interakcije sa drugim jezgrima ili elementarne čestice, na primjer pretvaranje aluminija u magnezij:
27 13 Al + 1 1 H = 24 12 Mg + 4 2 He
Klasifikacija hemijskih reakcija je višestruka, odnosno može se zasnivati na različitim karakteristikama. Ali bilo koja od ovih karakteristika može uključivati reakcije između neorganskih i organskih supstanci.
Razmotrimo klasifikaciju kemijskih reakcija prema različitim kriterijima.
I. Prema broju i sastavu reagujućih supstanci
Reakcije koje se javljaju bez promjene sastava tvari.
U neorganskoj hemiji takve reakcije uključuju procese dobijanja alotropskih modifikacija jednog hemijskog elementa, na primjer:
C (grafit) ↔ C (dijamant)
S (orombični) ↔ S (monoklinički)
P (bijelo) ↔ P (crveno)
Sn (bijeli lim) ↔ Sn (sivi lim)
3O 2 (kiseonik) ↔ 2O 3 (ozon)
U organskoj hemiji ova vrsta reakcije može uključivati reakcije izomerizacije, koje se javljaju bez promjene ne samo kvalitativnog, već i kvantitativnog sastava molekula tvari, na primjer:
1. Izomerizacija alkana.
Reakcija izomerizacije alkana je od velike praktične važnosti, jer ugljikovodici izostrukture imaju manju sposobnost detonacije.
2. Izomerizacija alkena.
3. Izomerizacija alkina (reakcija A.E. Favorskog).
CH 3 - CH 2 - C= - CH ↔ CH 3 - C= - C- CH 3
etil acetilen dimetil acetilen
4. Izomerizacija haloalkana (A. E. Favorsky, 1907).
5. Izomerizacija amonijum cijanita pri zagrevanju.
Ureu je prvi sintetizirao F. Wöhler 1828. godine izomerizacijom amonijum cijanata pri zagrijavanju.
Reakcije koje se javljaju s promjenom sastava tvari
Mogu se razlikovati četiri tipa takvih reakcija: kombinacija, razgradnja, supstitucija i razmjena.
1. Složene reakcije su reakcije u kojima jedna složena supstanca nastaje iz dvije ili više tvari
U anorganskoj hemiji, čitav niz reakcija spojeva može se razmotriti, na primjer, koristeći primjer reakcija za proizvodnju sumporne kiseline iz sumpora:
1. Priprema sumpor oksida (IV):
S + O 2 = SO - od dvije jednostavne tvari nastaje jedna složena supstanca.
2. Priprema sumpor-oksida (VI):
SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - jedna složena supstanca nastaje od jednostavnih i složenih supstanci.
3. Priprema sumporne kiseline:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 - jedna kompleksna supstanca nastaje od dve složene supstance.
Primjer složene reakcije u kojoj se jedna složena tvar formira iz više od dvije početne supstance je završna faza proizvodnje dušične kiseline:
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
U organskoj hemiji, složene reakcije se obično nazivaju "adicione reakcije". Cijela raznolikost takvih reakcija može se razmotriti na primjeru bloka reakcija koje karakteriziraju svojstva nezasićenih tvari, na primjer etilena:
1. Reakcija hidrogenacije - dodavanje vodonika:
CH 2 =CH 2 + H 2 → H 3 -CH 3
eten → etan
2. Reakcija hidratacije - dodavanje vode.
3. Reakcija polimerizacije.
2. Reakcije razgradnje su reakcije u kojima iz jedne složene supstance nastaje više novih supstanci.
U anorganskoj hemiji čitav niz takvih reakcija može se razmotriti u bloku reakcija za proizvodnju kisika laboratorijskim metodama:
1. Razlaganje živinog(II) oksida - od jedne složene supstance nastaju dva jednostavna.
2. Razgradnja kalijum nitrata - iz jedne složene supstance nastaju jedna prosta i jedna složena.
3. Razlaganje kalijum permanganata - iz jedne složene supstance nastaju dve složene i jedna prosta supstanca, odnosno tri nove supstance.
U organskoj hemiji, reakcije razgradnje se mogu razmatrati u bloku reakcija za proizvodnju etilena u laboratoriji i industriji:
1. Reakcija dehidracije (eliminacija vode) etanola:
C 2 H 5 OH → CH 2 =CH 2 + H 2 O
2. Reakcija dehidrogenacije (eliminacija vodonika) etana:
CH 3 -CH 3 → CH 2 =CH 2 + H 2
ili CH 3 -CH 3 → 2C + ZN 2
3. Reakcija pucanja (cijepanja) propana:
CH 3 -CH 2 -CH 3 → CH 2 =CH 2 + CH 4
3. Reakcije supstitucije su reakcije u kojima atomi jednostavne supstance zamjenjuju atome nekog elementa u složenoj tvari.
U neorganskoj hemiji, primjer takvih procesa je blok reakcija koje karakteriziraju svojstva, na primjer, metala:
1. Interakcija alkalnih ili zemnoalkalnih metala sa vodom:
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
2. Interakcija metala sa kiselinama u rastvoru:
Zn + 2HCl = ZnSl 2 + H 2
3. Interakcija metala sa solima u rastvoru:
Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu
4. Metalotermija:
2Al + Cr 2 O 3 → Al 2 O 3 + 2Sr
Predmet proučavanja organske hemije nisu jednostavne supstance, već samo jedinjenja. Stoga, kao primjer supstitucijske reakcije, predstavljamo najviše karakteristično svojstvo zasićeni spojevi, posebno metan, je sposobnost njegovih atoma vodika da budu zamijenjeni atomima halogena. Drugi primjer je bromiranje aromatičnog jedinjenja (benzen, toluen, anilin).
C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr
benzen → bromobenzen
Obratimo pažnju na osobenost reakcije zamjene organska materija: kao rezultat takvih reakcija ne nastaje jednostavna i složena tvar, kao u neorganskoj hemiji, već dvije složene tvari.
U organskoj hemiji, reakcije supstitucije uključuju i neke reakcije između dvije složene supstance, na primjer, nitraciju benzena. To je formalno reakcija razmjene. Činjenica da se radi o supstitucijskoj reakciji postaje jasna tek kada se razmotri njen mehanizam.
4. Reakcije razmjene su reakcije u kojima dvije složene supstance razmjenjuju svoje komponente
Ove reakcije karakteriziraju svojstva elektrolita i u otopinama se odvijaju prema Bertholletovom pravilu, odnosno samo ako je rezultat stvaranje taloga, plina ili blago disocijirajuće tvari (na primjer, H 2 O).
U anorganskoj hemiji to može biti blok reakcija koje karakteriziraju, na primjer, svojstva alkalija:
1. Reakcija neutralizacije koja se javlja sa stvaranjem soli i vode.
2. Reakcija između alkalija i soli, koja se javlja sa stvaranjem gasa.
3. Reakcija između alkalije i soli, koja rezultira stvaranjem taloga:
CuSO 4 + 2KOH = Cu(OH) 2 + K 2 SO 4
ili u jonskom obliku:
Cu 2+ + 2OH - = Cu(OH) 2
U organskoj hemiji možemo razmotriti blok reakcija koje karakteriziraju, na primjer, svojstva octene kiseline:
1. Reakcija koja se javlja stvaranjem slabog elektrolita - H 2 O:
CH 3 COOH + NaOH → Na(CH3COO) + H 2 O
2. Reakcija koja se javlja sa stvaranjem gasa:
2CH 3 COOH + CaCO 3 → 2CH 3 COO + Ca 2+ + CO 2 + H 2 O
3. Reakcija koja se javlja sa stvaranjem taloga:
2CH 3 COOH + K 2 SO 3 → 2K (CH 3 COO) + H 2 SO 3
2CH 3 COOH + SiO → 2CH 3 COO + H 2 SiO 3
II. Promjenom oksidacijskih stanja hemijskih elemenata koji formiraju supstance
Na osnovu ove karakteristike razlikuju se sljedeće reakcije:
1. Reakcije koje se javljaju s promjenom oksidacijskih stanja elemenata, odnosno redoks reakcije.
To uključuje mnoge reakcije, uključujući sve reakcije supstitucije, kao i one reakcije kombinacije i razgradnje u kojima je uključena barem jedna jednostavna supstanca, na primjer:
1. Mg 0 + H + 2 SO 4 = Mg +2 SO 4 + H 2
2. 2Mg 0 + O 0 2 = Mg +2 O -2
Kompleksne redoks reakcije sastavljaju se metodom ravnoteže elektrona.
2KMn +7 O 4 + 16HCl - = 2KCl - + 2Mn +2 Cl - 2 + 5Cl 0 2 + 8H 2 O
U organskoj hemiji, upečatljiv primjer redoks reakcija su svojstva aldehida.
1. Reduciraju se na odgovarajuće alkohole:
Aldekidi se oksidiraju u odgovarajuće kiseline:
2. Reakcije koje se odvijaju bez promjene oksidacijskih stanja hemijskih elemenata.
To uključuje, na primjer, sve reakcije ionske izmjene, kao i mnoge reakcije spojeva, mnoge reakcije razgradnje, reakcije esterifikacije:
HCOOH + CHgOH = HCOOCH 3 + H 2 O
III. Termičkim efektom
Na osnovu termičkog efekta, reakcije se dijele na egzotermne i endotermne.
1. Egzotermne reakcije nastaju oslobađanjem energije.
To uključuje gotovo sve složene reakcije. Rijetka iznimka je endotermna reakcija sinteze dušikovog oksida (II) iz dušika i kisika i reakcija plinovitog vodika sa čvrstim jodom.
Egzotermne reakcije koje nastaju oslobađanjem svjetlosti klasificiraju se kao reakcije sagorijevanja. Hidrogenacija etilena je primjer egzotermne reakcije. Radi na sobnoj temperaturi.
2. Endotermne reakcije nastaju uz apsorpciju energije.
Očigledno, to će uključivati gotovo sve reakcije razgradnje, na primjer:
1. Pečenje krečnjaka
2. Pucanje butana
Količina energije koja se oslobađa ili apsorbuje kao rezultat reakcije naziva se toplotnim efektom reakcije, a jednačina hemijske reakcije koja ukazuje na ovaj efekat naziva se termohemijska jednačina:
H 2 (g) + C 12 (g) = 2HC 1 (g) + 92,3 kJ
N 2 (g) + O 2 (g) = 2NO (g) - 90,4 kJ
IV. Prema stanju agregacije reagujućih supstanci (fazni sastav)
Prema stanju agregacije reagujućih supstanci razlikuju se:
1. Heterogene reakcije - reakcije u kojima su reaktanti i produkti reakcije u različitim agregacijskim stanjima (u različitim fazama).
2. Homogene reakcije - reakcije u kojima su reaktanti i produkti reakcije u istom agregacijskom stanju (u istoj fazi).
V. Učešćem katalizatora
Na osnovu učešća katalizatora razlikuju se:
1. Nekatalitičke reakcije koje se odvijaju bez učešća katalizatora.
2. Katalitičke reakcije koje se odvijaju uz učešće katalizatora. Budući da se sve biokemijske reakcije koje se odvijaju u stanicama živih organizama odvijaju uz sudjelovanje posebnih bioloških katalizatora proteinske prirode - enzima, svi su oni katalitički ili, preciznije, enzimski. Treba napomenuti da više od 70% hemijska proizvodnja koriste se katalizatori.
VI. Towards
Prema smjeru se razlikuju:
1. Nepovratne reakcije se javljaju pod datim uslovima samo u jednom pravcu. To uključuje sve reakcije razmjene praćene stvaranjem taloga, plina ili blago disocijirajuće tvari (vode) i sve reakcije sagorijevanja.
2. Reverzibilne reakcije u ovim uslovima odvijaju se istovremeno u dva suprotna smera. Ogromna većina takvih reakcija jeste.
U organskoj hemiji znak reverzibilnosti se ogleda u nazivima - antonimima procesa:
Hidrogenacija - dehidrogenacija,
Hidratacija - dehidracija,
Polimerizacija - depolimerizacija.
Sve reakcije esterifikacije (suprotan proces, kao što znate, naziva se hidroliza) i hidrolize proteina su reverzibilne, estri, ugljikohidrati, polinukleotidi. Reverzibilnost ovih procesa leži u osnovi najvažnijeg svojstva živog organizma - metabolizma.
VII. Prema mehanizmu protoka razlikuju se:
1. Radikalne reakcije se javljaju između radikala i molekula nastalih tokom reakcije.
Kao što već znate, u svim reakcijama stare hemijske veze se kidaju i stvaraju nove hemijske veze. Metoda razbijanja veze u molekulima polazne supstance određuje mehanizam (put) reakcije. Ako je tvar formirana kovalentnom vezom, tada mogu postojati dva načina da se ta veza prekine: hemolitički i heterolitički. Na primjer, za molekule Cl 2, CH 4 itd., ostvaruje se hemolitičko cijepanje veza, što će dovesti do stvaranja čestica sa nesparenim elektronima, odnosno slobodnih radikala.
Radikali nastaju najčešće kada se prekinu veze u kojima su zajednički parovi elektrona raspoređeni približno jednako između atoma (nepolarna kovalentna veza), ali mnogi polarne veze takođe se može prekinuti na sličan način, posebno kada se reakcija odvija u gasnoj fazi i pod uticajem svetlosti, kao što je, na primer, u slučaju procesa o kojima je bilo reči - interakcija C 12 i CH 4 -. Radikali su vrlo reaktivni jer imaju tendenciju da dovrše svoj elektronski sloj uzimajući elektron od drugog atoma ili molekula. Na primjer, kada se radikal klora sudari s molekulom vodika, to uzrokuje pucanje zajedničkog elektronskog para koji vezuje atome vodika i formira kovalentna veza sa jednim od atoma vodonika. Drugi atom vodika, nakon što je postao radikal, formira zajednički elektronski par sa nesparenim elektronom atoma hlora iz molekule Cl 2 koja kolabira, što rezultira stvaranjem radikala hlora koji napada novu molekulu vodika, itd.
Reakcije koje predstavljaju lanac uzastopnih transformacija nazivaju se lančane reakcije. Za razvoj teorije lančanih reakcija dva istaknuta hemičara - naš sunarodnik N. N. Semenov i Englez S. A. Hinshelwood dobili su Nobelovu nagradu.
Reakcija supstitucije između hlora i metana se odvija na sličan način:
Većina reakcija sagorevanja organskih i neorganske supstance, sinteza vode, amonijaka, polimerizacija etilena, vinil hlorida itd.
2. Jonske reakcije se javljaju između jona koji su već prisutni ili formirani tokom reakcije.
Tipično jonske reakcije je interakcija između elektrolita u otopini. Ioni nastaju ne samo tokom disocijacije elektrolita u otopinama, već i pod djelovanjem električnih pražnjenja, zagrijavanja ili zračenja. γ-zraci, na primjer, pretvaraju molekule vode i metana u molekularne ione.
Drugačije jonski mehanizam javljaju se reakcije dodavanja halogenovodonika, vodonika, halogena u alkene, oksidacije i dehidracije alkohola, zamjene alkoholnog hidroksila halogenom; reakcije koje karakteriziraju svojstva aldehida i kiselina. U ovom slučaju, ioni nastaju heterolitičkim cijepanjem polarnih kovalentnih veza.
VIII. Prema vrsti energije
koji iniciraju reakciju razlikuju se:
1. Fotohemijske reakcije. Oni su inicirani od strane svetlosna energija. Pored fotokemijskih procesa sinteze HCl ili reakcije metana sa hlorom o kojima se govorilo gore, oni uključuju proizvodnju ozona u troposferi kao sekundarnog zagađivača atmosfere. Primarnu ulogu u ovom slučaju ima dušikov oksid (IV), koji pod utjecajem svjetlosti stvara kisikove radikale. Ovi radikali stupaju u interakciju s molekulama kisika, što rezultira ozonom.
Formiranje ozona se događa sve dok ima dovoljno svjetla, jer NO može stupiti u interakciju s molekulima kisika da bi se formirao isti NO 2. Akumulacija ozona i drugih sekundarnih zagađivača zraka može dovesti do fotokemijskog smoga.
Ova vrsta reakcije uključuje i najvažniji proces koji se dešava u biljne ćelije, - fotosinteza, čiji naziv govori sam za sebe.
2. Reakcije zračenja. Pokreću se visokoenergetskim zračenjem - rendgenskim zracima, nuklearnim zračenjem (γ-zraci, a-čestice - He 2+, itd.). Uz pomoć radijacijskih reakcija vrši se vrlo brza radiopolimerizacija, radioliza (razgradnja zračenja) itd.
Na primjer, umjesto dvostepene proizvodnje fenola iz benzena, on se može dobiti reakcijom benzena s vodom pod utjecajem zračenja. U ovom slučaju, radikali [OH] i [H] nastaju iz molekula vode, s kojima benzen reagira da nastane fenol:
C 6 H 6 + 2[OH] → C 6 H 5 OH + H 2 O
Vulkanizacija gume može se izvesti bez sumpora uz pomoć radiovulkanizacije, a rezultirajuća guma neće biti ništa lošija od tradicionalne gume.
3. Elektrohemijske reakcije. Oni su inicirani od strane struja. Pored dobro poznatih reakcija elektrolize, naznačit ćemo i reakcije elektrosinteze, na primjer, reakcije industrijska proizvodnja anorganski oksidanti
4. Termohemijske reakcije. Pokreću se toplotnom energijom. To uključuje sve endotermne reakcije i mnoge egzotermne reakcije, za čije je pokretanje potrebno početno dovod topline, odnosno pokretanje procesa.
Klasifikacija hemijskih reakcija o kojoj smo gore govorili ogleda se u dijagramu.
Klasifikacija hemijskih reakcija, kao i sve druge klasifikacije, je uslovna. Naučnici su se složili da podijele reakcije u određene vrste prema karakteristikama koje su identificirali. Ali većina hemijskih transformacija može se pripisati različite vrste. Na primjer, hajde da okarakteriziramo proces sinteze amonijaka.
Ovo je složena reakcija, redoks, egzotermna, reverzibilna, katalitička, heterogena (tačnije, heterogeno-katalitička), koja se javlja sa smanjenjem pritiska u sistemu. Za uspješno upravljanje procesom potrebno je uzeti u obzir sve date informacije. Specifična hemijska reakcija je uvek multikvalitativna i karakterišu je različite karakteristike.
>> Hemija: Vrste hemijskih reakcija u organskoj hemiji
Reakcije organskih supstanci se formalno mogu podijeliti u četiri glavna tipa: supstitucija, adicija, eliminacija (eliminacija) i preuređivanje (izomerizacija). Očigledno je da se čitav niz reakcija organskih spojeva ne može svesti na okvir predložene klasifikacije (na primjer, reakcije sagorijevanja). Međutim, takva klasifikacija će pomoći da se uspostave analogije sa klasifikacijama reakcija koje se dešavaju između neorganskih supstanci koje su vam već poznate iz kursa neorganske hemije.
Po pravilu, glavni organsko jedinjenje, koji učestvuje u reakciji, naziva se supstrat, a druga komponenta reakcije se konvencionalno smatra reagensom.
Reakcije supstitucije
Reakcije koje rezultiraju zamjenom jednog atoma ili grupe atoma u originalnoj molekuli (supstratu) drugim atomima ili grupama atoma nazivaju se reakcije supstitucije.
Reakcije supstitucije uključuju ograničavanje i aromatična jedinjenja, kao što su, na primjer, alkani, cikloalkani ili areni.
Navedimo primjere takvih reakcija.
